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1、10申请公布号CN102102514A43申请公布日20110622CN102102514ACN102102514A21申请号201010584996722申请日20101213E21B49/0020060171申请人中国石油大学北京地址102249北京市昌平区府学路18号72发明人邓金根孙清华申瑞臣田中兰杨恒林蔚宝华谭强宋立辉54发明名称煤灰确定煤层强度技术57摘要本发明涉及煤灰确定煤层强度技术，一种适用于煤层气钻井中的井壁稳定技术领域。该方法包括以下步骤将录井获取的煤岩岩屑分类、清洗、烘干、粉碎后按国标进行煤的工业分析，确定灰分和挥发分比重；根据挥发分值判断煤岩的煤级；根据煤级选择对应的灰。
2、分与强度关系经验公式，计算煤岩岩块强度；结合GSI值应用HOEKBROWN岩体强度经验公式，求出煤储层强度。该方法在HOEKBROWN岩体强度经验公式的基础上，结合现场实际提出，适用于煤层气钻井井壁稳定预测对煤层强度参数获取的需求，且预测方法简单、效果好。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102102517A1/1页21煤灰确定煤层强度技术，其特征在于，该方法包括以下步骤根据煤岩工业分析实验来获取煤岩的挥发分、灰分数据；根据挥发分含量判断该井钻遇煤层所属的煤级；根据煤级选择煤岩灰分与强度的经验公式，代入灰分数据，求取煤岩岩块强度；。
3、结合GSI值，应用HOEKBROWN强度经验公式，则得出煤层岩体强度。2如权利要求1所述的煤灰确定煤层强度技术，其特征在于，该方法中获取煤层的强度是对煤层气钻井上返的岩屑进行工业分析预测煤岩岩块强度，从而间接确定的。3如权利要求1或2所述的煤灰确定煤层强度技术，其特征在于，该方法中煤岩岩屑的灰分、挥发分的确定是基于国标煤的工业分析方法GB/T2122008开展的。该法中煤级划分是基于国标中国煤炭分类国家标准GB575186确定的。4如权利要求1所述的煤灰确定煤层强度技术，其特征在于，该方法煤岩岩块强度的确定是基于大量室内试验后统计的结果，其经验公式拟合程度较高。由式1获取所述煤岩灰分与强度式中。
4、，CI煤岩岩块单轴抗压强度；FCAD煤岩灰分含量百分比，；A、B、C经验系数，由煤级决定，可由室内实验测定。5如权利要求1所述的煤灰确定煤层强度技术，其特征在于，该方法煤层强度的确定是基于HOEKBROWN强度经验公式2，由岩块确定岩体的方法计算得出式中，D为爆破或应力释放对岩体扰动程度的系数。该值的取值从不受扰动时的0到最大扰动时为1，具体数值请参考HOEKBROWNFAILURECRITERION2002EDITION。将30代入式2，即可得到煤岩岩体的单轴抗压强度CMASS为CMASSCISA3。权利要求书CN102102514ACN102102517A1/3页3煤灰确定煤层强度技术技术。
5、领域0001本发明涉及煤层气钻井中的井壁稳定技术领域，具体涉及煤灰确定煤层气储层强度技术。背景技术0002煤是由植物遗体转变成的一种极不均质的有机岩石，通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理，割理是在成煤的不同时期中，各种自然力作用下煤层所造成的裂开现象。主要裂隙组面割理发育较完善，延伸可达数百米，端割理组发育在面割理之间，沟通了面割理。除割理外，煤层还常发育有节理、次级节理等裂隙。这些裂隙相互交叉切割，形成了复杂的裂隙系统。由于割理和节理裂隙的作用，煤体被切割成为一个个不连续的近似斜方体的小块，破坏了煤层的完整性。0003由于煤层结构的特殊性，煤岩中各种裂隙的发育，导致其力学性质具有不连续性、非。
6、均质性、各向异性和渗透性井壁稳定性研究异常复杂。煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定，在钻井过程中极易发生井壁坍塌、井漏和卡钻甚至埋掉井眼等井下事故。0004从力学角度来讲，煤层的特殊构造对井眼坍塌的影响可以归结到两个方面，一是井壁煤岩受到的应力，二是煤岩的强度。井壁稳定性也就是研究井周岩石状态是否稳定还是已经破坏，煤层强度的预测是解决煤层气钻井稳定性评价问题的关键技术。目前国内外在煤层强度的预测大都是关于煤矿巷道井壁裂隙人工地质条件普查后的强度预测，但煤层气钻井煤层取芯困难，该法不适应煤层钻井的强度预测。煤灰确定煤层强度技术的应用能实现对钻遇。
7、的煤层强度进行实时预测。发明内容0005本发明的目的是提供煤层气钻井过程中对煤层强度的随钻预测方法，利用该方法可以简单、便捷、快速的预测煤层气储层的强度，预测效果好。0006利用上述目的，本发明采用如下技术方案0007煤灰确定煤储层强度技术，该技术的应用方法包括步骤00081根据煤岩工业分析实验来获取煤岩的挥发分、灰分数据；00092根据挥发分判断该井钻遇煤层所属的煤级；00103根据煤级选择煤岩灰分与强度的经验公式，代入灰分数据，求取煤岩岩块强度；00114结合GSI值，应用HOEKBROWN强度经验公式，则得出煤层岩体强度。0012其中，煤岩工业分析采用国标煤的工业分析方法GB/T2122。
8、008。0013其中，煤级的划分标准见国标中国煤炭分类国家标准GB575186。0014其中，该方法中煤岩灰分与强度经验公式为0015说明书CN102102514ACN102102517A2/3页40016式中，CI煤岩岩块单轴抗压强度；FCAD煤岩灰分含量百分比，；A、B、C经验系数，由煤级决定，可由室内实验测定。0017其中，该方法中HOEKBROWN强度经验公式为00180019式中，002000210022D为爆破或应力释放对岩体扰动程度的系数。该值的取值从不受扰动时的0到最大扰动时为1，具体数值请参考HOEKBROWNFAILURECRITERION2002EDITION。将30代入。
9、式2，即可得到煤岩岩体的单轴抗压强度CMASS为0023CMASSCISA30024对于完整煤岩体，S1，对于有破损的煤岩体，S1。0025本发明提供的煤层强度预测技术，适合用于煤层气钻井过程中对煤层强度的预测，同时也适合煤矿开采中对煤层强度的预测，该方法是在岩石力学参数室内实验测量的基础上结合现场实际应用效果提出的新方法，经过现场实际情况检验，具有很好的应用效果。附图说明0026图1为本发明煤灰分法确定煤层强度技术的流程图。具体实施方式0027本发明提出的煤灰确定煤层强度的方法，结合附图和实施例说明如下。0028由于煤层结构的特殊性，煤岩中各种裂隙的发育，导致其力学性质具有不连续性、非均质性。
10、、各向异性和渗透性，使得煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，钻井取芯难，且岩芯在受到应力释放、机械扰动、失水后，很难加工出标准试验煤芯。导致室内强度试验结果严重失真。0029目前国内外在煤层强度的预测大都是关于煤矿巷道井壁裂隙人工地质条件普查后的强度预测，但煤层气钻井煤层取芯困难，该法不适应煤层钻井的强度预测。煤灰确定煤层强度技术的应用能实现对钻遇的煤层强度进行实时预测。0030本发明所述煤岩岩块强度确定方法，由收集到的煤层钻井上返的岩屑，洗净，烘干、粉碎后，按照国标煤的工业分析方法GB/T2122008燃烧后，测定煤岩屑的灰分、挥发分值。查阅中国煤炭分类国家标准GB575186确定该井。
11、钻遇煤层的岩屑煤级。根据煤级选择煤岩灰分与强度的经验公式，代入灰分数据，求取煤岩岩块强度；0031所述的煤岩灰分与强度经验公式为说明书CN102102514ACN102102517A3/3页500320033式中，CI煤岩岩块单轴抗压强度；FCAD煤岩灰分含量百分比，；A、B、C经验系数，由煤级决定，可由室内实验测定。0034所述GSI值是靠井下电视拍摄的井壁裂隙展布图像或照片后，对应HOCKBROWN提供的GEOLOGICALSTRENGTHINDEX确定煤岩体质量查阅煤岩GSI值。0035所述煤层强度的确定方法，由HOEKBROWNFAILURECRITERION2002EDITION中提。
12、供的经验公式确定。0036其中，该方法中HOEKBROWN强度经验公式为00370038式中，003900400041D为爆破或应力释放对岩体扰动程度的系数。该值的取值从不受扰动时的0到最大扰动时为1。0042将30代入式2，即可得到煤岩岩体的单轴抗压强度CMASS为0043CMASSCISA30044对于完整煤岩体，S1，对于有破损的煤岩体，S1。0045以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。说明书CN102102514ACN102102517A1/1页6说明书附图CN102102514A。